DE60028627T2

DE60028627T2 - Bilderzeugendes System mit einem eine Vielzahl von Tintenkanalkolben aufweisenden Druckkopf und Verfahren zum Zusammensetzen des Systems und des Druckkopfs

Info

Publication number: DE60028627T2
Application number: DE60028627T
Authority: DE
Inventors: c/o Eastman Kodak Company Gilbert A. Rochester Hawkins; c/o Eastman Kodak Company Omid A. Rochester Moghadam
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 2000-02-01
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2020-02-02
Also published as: JP2000238267A; US6273552B1; DE60028627D1; EP1027985A2; EP1027985B1; EP1027985A3

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Druckvorrichtungen und -verfahren und insbesondere auf ein bilderzeugendes System mit einem eine Vielzahl von Tintenkanalkolben aufweisenden Druckkopf sowie ein Verfahren zum Zusammensetzen des Systems und des Druckkopfs.
Heute ist der Tintenstrahldruck wegen seiner berührungsfreien Arbeitsweise, geringen Geräuschentwicklung, der Verwendung von Normalpapier und auch weil keine Tonerübertragung und keine Fixierung stattfinden, als herausragende Option im Bereich des digital gesteuerten elektronischen Drucks anerkannt. Aus diesen Gründen haben sich DOD-Tintenstrahldrucker (Drucker, bei denen die Tropfen auf Anforderung abgegeben werden) als Heim- und Bürodrucker im Handel durchgesetzt.
US-A-3 946 398, erteilt 1970 an Kyser et al., beschreibt einen DOD-Tintenstrahldrucker, der eine hohe Spannung an einen piezoelektrischen Kristall anlegt und dadurch den Kristall veranlasst, sich zu biegen. Durch das Biegen des Kristalls wird Druck auf einen Tintenvorrat ausgeübt, so dass dieser Tintentropfen nach Bedarf ausstößt. Andere Arten piezoelektrischer DOD-Drucker arbeiten mit piezoelektrischen Kristallen im Schiebe-, Scher- und Quetschmodus. Das Strukturieren des piezoelektrischen Kristalls und die für die Aktivierung der einzelnen Druckerdüsen erforderlichen komplexen Hochspannungs-Treiberschaltungen sind jedoch einer kostengünstigen Herstellung und Funktion abträglich. Auch die relativ großen Abmessungen des Piezowandlers verhindern eine enge Düsenanordnung und erschweren daher den Einsatz dieser Technologie in hoch auflösenden seitenbreiten Druckköpfen.
GB 2 007 162 , erteilt 1979 an Endo et al., beschreibt einen elektrothermischen DOD-Tintenstrahldrucker, der einen Stromimpuls an ein elektrothermisches Heizelement anlegt, das mit Tinte auf Wasserbasis in einer Düse in thermischem Kontakt steht. Dabei verdampft eine kleine Tintenmenge rasch, wodurch sich eine Blase ausbildet, die dazu führt, dass Tintentropfen durch kleine, entlang des Trägers des Heizelements angeordnete Öffnungen ausgestoßen werden. Diese Technologie ist als Thermo-Tintenstrahldruck bekannt.
Insbesondere wird beim Thermotintenstrahldruck normalerweise eine Heizenergie von etwa 20 μJ während eines Zeitraums von etwa 2 μs benötigt, um die Tinte auf eine Temperatur von 280 bis 400°C aufzuheizen und so eine rasche, homogene Blasenbildung zu erreichen. Durch die rasche Blasenbildung entsteht der Impuls für den Tropfenausstoß. Der Zusammenbruch der Blase verursacht aufgrund der Implosion der Blase einen Druckimpuls. Die erforderlichen hohen Temperaturen erfordern die Verwendung von Spezialtinten, komplizieren die Treiberelektronik und beschleunigen die Verschlechterung der Heizelemente durch Kogation, d.h. das Ansammeln von Nebenprodukten der Tintenverbrennung, die das Heizelement mit Abfall verkrusten. Dieser verkrustete Abfall stört die Wärmeleistung des Heizelements. Darüber hinaus kann dieser verkrustete Abfall in den Tintenmeniskus wandern und die Viskositätseigenschaften und die chemischen Eigenschaften des Tintenmeniskus in unerwünschter Weise verändern. Auch die aktive Stromaufnahme von 10 Watt je Heizelement macht die Herstellung kostengünstiger, seitenbreiter Hochleistungs-Druckköpfe unmöglich.
Ein Tintenstrahldrucksystem besteht aus einem Flüssigtintensystem mit Düsen, wobei sich aus der Düsenspitze jeweils ein Meniskus unter positivem Druck vorwölbt. Ein die Düsenspitze umgebendes Heizelement legt Wärme an den Rand des Meniskus an. Diese Technik führt zu einem DOD-Druckmechanismus, bei dem die Auswahlmittel für die zu druckenden Tropfen eine Differenz in der Position zwischen ausgewählten Tropfen und nicht ausgewählten Tropfen erzeugen. Allerdings reicht die Differenz in der Position nicht aus, um die Tintentropfen zu veranlassen, die Oberflächenspannung zu überwinden und sich vom Tintenvolumen abzulösen. Hierzu sind Trennmittel vorgesehen, die das Ablösen der ausgewählten Tropfen vom Tintenvolumen bewirken. Allerdings verlangt dieses mit Reduzierung der Oberflächenspannung arbeitende Auswahlverfahren spezielle Tinten, und aufgrund der Notwendigkeit, den Meniskus unter einem positiven Druck bereitzustellen, können einzelne Düsen in unerwünschter Weise tropfen, falls sie verunreinigt werden sollten. Danach bewirkt man das Ablösen der ausgewählten Tropfen vom Tintenvolumen durch Anlegen eines elektrischen Feldes oder Anpassen des Abstandes des Empfangsmediums. Die zum Ablösen des ausgewählten Tropfens erforderliche elektrische Feldstärke liegt jedoch über der elektrischen Durchschlagspannung in Luft, so dass ein enger Abstand zwischen Düse und Empfangsmedium nötig ist, dabei aber immer noch die Möglichkeit eines Überschlags besteht. Außerdem ist das Ablösen des Tropfens durch Annäherung des Empfangsmediums, wobei das Empfangspapier sich dicht an der Düsenöffnung befinden muss, um den Tropfen von der Düsenöffnung abzulösen, unzuverlässig, weil sich in der unkontrollierten Umgebung normalerweise relativ große Staubpartikel finden.
EP 0 856 403 A2 beschreibt ein DOD-Bilderzeugungssystem mit einer Tintentropfen-Trenneinrichtung, die einen Meniskus zur Ausbildung eines Tintentropfens von der übrigen Tinte trennt.
Ein weiteres Tintenstrahldrucksystem umfasst eine Bilderzeugungsvorrichtung mit einem Tintenstrahldruckkopf bei dem nur ein Wandler das Tintenvolumen periodisch in Schwingungen versetzt, um Tintentropfen in Stellung zu bringen und einen Meniskus auszubilden. Dieses Gerät weist ferner eine dem Wandler zugeordnete Tintentropfen-Trenneinrichtung auf, die die Oberflächenspannung des Meniskus senkt und dadurch den Meniskus vom Tintenvolumen abtrennt und einen Tintentropfen ausbildet. Zwar arbeitet dieses Gerät für den beabsichtigten Verwendungszweck durchaus zufriedenstellend, dennoch können sich bei Einsatz der Vorrichtung nach Lebens et al. unerwünschte Druckwellen in einer zum Druckkopf gehörenden Tintenverteilerleitung ausbreiten. Diese unerwünschten Druckwellen in der Tintenverteilerleitung wiederum können den unkontrollierten Ausstoß von Tropfen bewirken. Daher sollten die Wirkungen des Drucks auf die Tintenkammern und ihre jeweiligen Düsen örtlich beschränkt werden.
Es besteht daher weiterhin ein schon lange bestehender Bedarf an einem Tintenstrahldrucker, der Vorteile wie geringere Kosten, höhere Geschwindigkeit, höhere Druckqualität, größere Zuverlässigkeit, geringere Stromaufnahme und einfache Bauweise sowie einfachen Betrieb bietet.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein bilderzeugendes System und ein Verfahren zum Erzeugen eines Bildes auf einem Empfangsmedium anzugeben, wobei das System einen thermomechanisch aktivierten DOD-Druckkopf umfasst und der DOD-Druckkopf eine Vielzahl von Tintenkanalkolben aufweist, und ein Verfahren zum Zusammensetzen des Systems und des Druckkopfs bereitzustellen.
Vor dem Hintergrund dieser Aufgabe besteht die Erfindung in einem bilderzeugenden System mit einem Kolben, der vorübergehend ein Tintenvolumen zusammenzudrücken vermag derart, dass aus dem Tintenvolumen ein Meniskus vorragt, der eine vorgegebene Oberflächenspannung aufweist, und einer Tintentropfen-Trenneinrichtung, die dem Kolben zugeordnet ist, um die Oberflächenspannung des Meniskus zu reduzieren, während dieser aus dem Tintenvolumen vorragt, wodurch die Tropfen-Trenneinrichtung den Meniskus vom Tintenvolumen trennt, um einen Tintentropfen zu bilden, während die Oberflächenspannung abnimmt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das System einen Druckkopf auf, in dem eine Vielzahl von Tintenkanälen ausgebildet sind. Die Kanäle enthalten jeweils ein Tintenvolumen und enden in einer Düsenöffnung. In den Kanälen ist jeweils ein in Mikroprozessen hergestellter Kolben vorgesehen, der das Tintenvolumen abwechselnd unter Druck setzt und entspannt. Während des Zusammendrückens des Tintenvolumens ragt ein Meniskus von dem Tintenvolumen aus durch die Düsenöffnung vor. Während des Entspannens des Tintenvolumens zieht sich der Meniskus in die Düsenöffnung zurück. Ferner ist eine Tropfen-Trenneinrichtung vorgesehen, die die Oberflächenspannung des aus der Düsenöffnung herausragenden Meniskus verringert. Wird die Oberflächenspannung durch die Tropfen-Trenneinrichtung auf einen vorgegebenen Wert reduziert, wird der vorragende Meniskus vom Tintenvolumen abgetrennt, und es bildet sich ein Tintentropfen.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist nur eine in Mikroprozessen hergestellte Anordnung von Kolben vorgesehen, die mit einer Vielzahl von jeweils an mehreren Düsen anstehenden Tintenmenisken in Flüssigkeitsverbindung stehen, um die Menisken unter Druck zu setzen, so dass diese bei Anlegen von Druck aus den Düsen vorragen und sich beim Entspannen der Menisken wieder in die Düsen zurückziehen.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Vielzahl von Heizelementen, die mit jeweils einem der Tintenmenisken in Wärmeübertragungsbeziehung stehen, wobei die Heizelemente nur dann selektiv betätigt werden, wenn die Menisken um einen vorge gebenen Betrag aus den Düsen herausragen, um dann ausgewählte Menisken von ihren jeweiligen Düsen abzutrennen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der verbesserten Zuverlässigkeit des Druckkopfs.
Ferner bietet die Erfindung den Vorteil der Einsparung von Strom.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Langlebigkeit der zugehörigen Heizelemente.
Ferner bietet die Erfindung den Vorteil, dass zur Erhöhung der Bildauflösung erfindungsgemäß mehr Düsen je Volumeneinheit des Druckkopfs eingesetzt werden können.
Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Erfindung schnelleres Drucken ermöglicht. Des weiteren bietet die Erfindung den Vorteil, dass am Heizelement keine Dampfblase ausgebildet wird, die sonst zu Kogation führen könnte.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass erfindungsgemäß die Ausbreitung unerwünschter Druckwellen in der Tintenverteilerleitung des Druckkopf reduziert wird, wodurch wiederum die Gefahr des ungewollten Ausstoßens von Tropfen verringert wird.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden für den Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben sind, besser verständlich.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Funktionsdiagramm eines erfindungsgemäßen bilderzeugenden Systems mit einer ersten Ausführungsform des Druckkopfs;
2 eine vertikale Schnittansicht des Druckkopfs mit einer Vielzahl von darin ausgebildeten Tintenkanälen, wobei jedem Kanal ein in Mikroprozessen hergestellter Tintenkanalkolben zum Zusammendrücken und Entspannen des Tintenkanals vorgesehen ist;
3 einen vertikalen Schnitt eines jedem Kanal zugeordneten Druckkopfs, wobei die Düse ein darin enthaltenes Tintenvolumen und einen mit dem Tintenvolumen verbundenen Tintenmeniskus aufweist;
4 einen vertikalen Schnitt der Druckkopfdüse mit dem sich aus der Düse heraus vorwölbenden Tintenmeniskus, wobei in dieser Ansicht auch ein Heizelement zu sehen ist, das die Düse umgibt und mit dem ausgedehnten Tintenmeniskus in Wärmeübertragungsbeziehung steht, um die Oberflächenspannung des ausgedehnten Tintenmeniskus zu senken und den ausgedehnten Tintenmeniskus dadurch von der Düse zu trennen;
5 einen vertikalen Schnitt der Düse, wobei der Meniskus bei abnehmender Oberflächenspannung sich weiter aus der Düse vorwölbt;
6 einen vertikalen Schnitt der Düse, wobei der Meniskus sich gerade von der Düse trennt und eine allgemein längliche elliptische Form annimmt;
7 einen vertikalen Schnitt der Düse, wobei der Meniskus sich von der Düse getrennt hat und einen allgemein kugelförmigen Tintentropfen ausbildet, der sich in Richtung auf das Empfangsmedium bewegt;
8a – 8i Vertikalschnitte des Druckkopfs während des Zusammensetzens des Druckkopfs;
9 einen Vertikalschnitt einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckkopfs; und
10 einen Vertikalschnitt einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckkopfs.
Die vorliegende Beschreibung richtet sich insbesondere auf jene Elemente, die Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind oder unmittelbarer mit ihr zusammenwirken. Es versteht sich, dass hier nicht besonders dargestellte oder beschriebene Elemente in unterschiedlicher, dem Fachmann bekannter Weise ausgebildet sein können.
In 1 ist ein Funktionsdiagramm eines allgemein mit 10 bezeichneten bilderzeugenden Systems zum Ausbilden eines Bildes 20 auf einem Empfangsmedium 30 dargestellt. Das Empfangsmedium 30 kann zum Beispiel aus Einzelblättern aus Papier oder Transparentfilm bestehen. Das System 10 weist eine Eingabe-Bildquelle 40 auf, die zum Beispiel von einem (nicht dargestellten) Scanner oder einem (ebenfalls nicht dargestellten) Computer gelieferte Rasterbilddaten, Umrissbilddaten in Form einer Seitenbeschreibungssprache oder digitale Bilddaten in anderer Form liefert. Die Bildquelle 40 ist mit einem Bildprozessor 50 verbunden, der die Bilddaten in eine aus Halbtondaten bestehende Pixelmap-Seite umwandelt. Der Bildprozessor 50 seinerseits ist mit einer digitalen Rastereinheit 60 verbunden, die die vom Bildprozessor 50 erzeugten Halbtondaten rastert. Diese Raster-Bitmapdaten werden vorübergehend in einem mit der Rastereinheit 60 verbundenen Bildspeicher 70 gespeichert. Je nach der gewählten Ausbildung des Systems 10 kann der Bildspeicher 70 aus einem Seitenspeicher oder einem so genannten Bandspeicher bestehen. Aus den weiter unten noch im einzelnen beschriebenen Gründen werden die Ausgabedaten des Bildspeichers 70 von einer Hauptsteuerschaltung 80 gelesen, die sowohl eine Treiberschaltung 90 der Kolbenanordnung als auch eine Heizelement-Steuerschaltung 100 steuert.
Betrachtet man noch einmal 1, so weist das System 10 ferner eine mit der Hauptsteuerschaltung 80 verbundene Mikrosteuerung 110 zur Steuerung der Hauptsteuerschaltung 80 auf. Wie bereits erwähnt, steuert die Steuerschaltung 80 ihrerseits die Treiberschaltung 90 der Kolbenanordnung und die Heizelement-Steuerschaltung 100. Außerdem ist die Steuerung 110 mit einem Tintendruckregler 120 verbunden und steuert den Regler 120. Dabei besteht eine Aufgabe des Reglers 120 darin, den Druck in einem mit dem Regler 120 verbundenen Tintenbehälter 130 zu regeln, wobei der Behälter 130 Tinte zum Drucken auf das Aufzeichnungsmediums 30 ent hält. Der Tintenbehälter 130 ist zum Beispiel mittels einer Leitung 140 mit einem Druckkopf 150 verbunden, bei dem es sich um einen DOD-Tintenstrahldruckkopf handeln kann. Außerdem ist mit der Steuerung 110 eine Transportsteuerung 160 verbunden, die einen Transportmechanismus 170 für ein Empfangsmedium elektronisch steuert. Der Transportmechanismus 170 kann eine Vielzahl motorgetriebener Rollen 180 aufweisen, die mit dem Druckkopf 150 ausgerichtet sind und sich eng an das Empfangsmedium 30 anlegen können. Dabei greifen die Rollen 180 rotierend an dem Empfangsmedium 30 an, um das Empfangsmedium 30 am Druckkopf 150 vorbei zu bewegen. Es versteht sich, dass beim so genannten "seitenbreiten" Drucken der Druckkopf 150 stationär ist und das Empfangsmedium 30 am stationären Druckkopf 150 vorbei bewegt wird. Andererseits wird beim so genannten "abtastenden" Drucken der Druckkopf 150 in einer relativen Rasterbewegung entlang einer Achse (der Nebenabtastrichtung) und das Empfangsmedium 30 entlang einer dazu orthogonalen Achse (der Hauptabtastrichtung) bewegt.
In 2 weist der Druckkopf 150 eine oberhalb der Düsen 190 vorgesehene Anordnung in Mikroprozessen hergestellter Tintenkanalkolben 250 auf, wobei die Düsen 190 jeweils Tintentropfen 200 ausstoßen können. Die Düsen 190 sind jeweils in eine Düsenplatte oder ein Substrat 195, zum Beispiel aus Silizium, geätzt, wobei in jeder Düse 190 eine kanalförmige Kammer 210 ausgebildet ist. Die Kammer 210 steht zwar über die zuvor erwähnte Leitung 140 mit dem Behälter 130 in Flüssigkeitsverbindung und nimmt Tinte aus dem Behälter 130 auf. Auf diese Weise fließt die Tinte durch die Leitung 140 und in die Kammer 210, so dass in der Kammer 210 ein Tintenvolumen 220 ausgebildet wird. Außerdem weist die Düse 190 ein Düsenloch 230 auf, das mit der Kammer 210 in Flüssigkeitsverbindung steht. Das Düsenloch 230 kann einen Radius von etwa 8 μm aufweisen, wobei diese Angabe nur als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen ist. Die Kolben 250 werden durch die vertikale Bewegung einer Antriebsquelle 251 mittels der Bewegung einer Platte 252 und einer die Oberseite des Druckkopfs abdeckenden Membran 253 betätigt. Dabei ist ersichtlich, dass die Tinte einen Kolbenschaftabschnitt des Kolbens 250 bedeckt, den inneren Bereich der Platte 252 und die Membran 253 aber nicht berührt. Durch eine elastische Dichtung 254, die die Platte 252 und den Druckkopfkörper 150 verbindet, ist eine Abwärtsbewegung möglich.
In 3 ist zu erkennen, dass die Kolben 250 jeweils oberhalb der entsprechenden Düse 190 angeordnet ist. Natürlich kann jede Düse 190 Tintentropfen 200 (siehe 7) in Richtung auf ein Aufzeichnungsmedium 30 ausstoßen. Außerdem weist die Düse 190 eine mit der Kammer 210 in Flüssigkeitsverbindung stehende Düsenöffnung 230 auf. Wenn sich ein Tintenvolumen 220 in der Kammer 210 befindet, steht an der Öffnung 230 ein Tintenmeniskus 240 an.
In 3 ist ferner zu erkennen, dass wenn kein Wärmeimpuls anliegt, der Meniskus 240 zwischen einer ersten Stellung 245a (zum Beispiel als gestrichelte gekrümmte Linie dargestellt) und einer zweiten Stellung 245b des ausgedehnten Meniskus schwingt. Damit der Meniskus 240 schwingen kann, muss natürlich auch das Tintenvolumen 220 selbst schwingen, da der Meniskus 240 ja Teil des Tintenvolumens 220 ist und es sich bei dem Tintenvolumen 220 um eine im Wesentlichen nicht komprimierbare Flüssigkeit handelt. Um die Tintenvolumen 220 in Schwingung zu versetzen, wird der mit dem Tintenvolumen 220 in den Kammern 210 jeweils in Flüssigkeitsverbindung stehende Kolben 250 jeweils mittels einer Antriebsquelle 251 in vertikaler Richtung bewegt. Die Antriebsquelle 251 kann dabei aus einem piezoelektrischen Material bestehen, das zum Beispiel einen elektrischen Impuls von 25 Volt, 50 μs, in Form einer Rechteckwelle aufnehmen kann, wobei jedoch bei Bedarf auch andere Impulsformen, etwa Dreiecks- oder Sinuswellen, möglich sind. In jedem Fall kann die Antriebsquelle 251 sich vertikal bewegen, um dem Kolben 250 eine schwingende Bewegung zwischen einer unbelasteten Stellung 255a und einer unteren Position 255b zu vermitteln. Im einzelnen verringert sich bei Abwärtsbewegung des Kolbens 250 in seine untere Stellung 255b das Volumen der Kammer 210, und der Meniskus 240 dehnt sich aus der Öffnung 230 heraus in seine mit 245b bezeichnete Stellung aus. Wenn der Kolben 250 in seine unbelastete Stellung 255a zurückkehrt, nimmt dagegen das Volumen der Kammer 210 wieder seinen ursprünglichen Zustand an, und die Tinte wird in die Düse zurückgezogen, wobei der Meniskus 240 seine erste konkave Stellung 245a annimmt. Wie vorstehend bereits beschrieben wurde, umfasst die Bewegung der Anordnung in Mikroprozessen hergestellter Kolben 250 alle Kammern 210, so dass alle Kammern 210 unter der Wirkung der durch die Bewegung der Antriebsquelle 251 erzeugten Druckimpulse jeweils gleichzeitig unter Druck gesetzt bzw. entlastet werden. Die Druckwirkungen sind jeweils auf die einzelnen Kammern 210 und den zugehörigen Kolben 250 beschränkt. Anders ausgedrückt, erzeugt die Bewegung der Antriebsquelle 251 einen Druckimpuls in der betreffenden Kammer 210 im Wesentlichen nur durch die Bewegung des dieser Kammer zugeordneten Kolbens 250 und zum Beispiel nicht durch die Bewegung der den anderen Kammern 210 zugeordneten Kolben 250 oder die Bewegung der Platte 252. Denn die Tinte bedeckt nur einen Teil des Kolbenschafts 250, berührt aber nicht den inneren Bereich der Platte 252.
In 3 ist ferner zu erkennen, dass bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 250 in seine Stellung 255b das Volumen der Kammer 210 sich verringert, so dass sich der Meniskus 240, wie durch die Stellung 255b dargestellt, aus der Öffnung 230 vorwölbt. Bei zunehmender Bewegungsamplitude des Kolbens 250 um zum Beispiel 20 % tritt eine Verengung des Meniskus ein, und die Tropfen lösen sich bei Bewegung des Kolbens 250 in seine Stellung 255b von den Düsen 190 ab. Bei ordnungsgemäßer Einstellung der Amplitude der Schwingungsbewegung des Kolbens 250 ist ein wiederholtes Ausdehnen und Zurückziehen des Meniskus 240 möglich, ohne dass sich ohne Zuführung eines Wärmeimpulses die Tropfen ablösen. Damit die Verengung des Meniskus 240 bei Anlegen eines Wärmeimpulses instabil wird, ist die Tinte so formuliert, dass ihre Oberflächenspannung mit steigender Temperatur abnimmt. Infolgedessen wird, wie dies im Folgenden noch im einzelnen beschrieben wird, ein Wärmeimpuls an den Meniskus 240 angelegt, damit sich ein Tintentropfen von der Düse 190 löst.
Wie am besten in 4, 5 und 6 zu erkennen ist, ist daher eine Tropfen-Trenneinrichtung, etwa ein ringförmiges Heizelement 270 vorgesehen, das den Meniskus von der Öffnung 230 ablöst, so dass der Tropfen 200 die Öffnung 230 verlässt und sich in Richtung auf das Empfangsmedium 30 bewegt. Im einzelnen befindet sich auf dem Substrat 195 eine zum Beispiel aus Siliciumdioxid bestehende Zwischenschicht 260. Das Heizelement 270 liegt auf dem Substrat 195 auf und steht vorzugsweise mit dem Meniskus 240 in Flüssigkeitsverbindung, um durch Absenkung der Oberflächenspannung des Meniskus 240 den Meniskus 240 von der Düse 190 zu trennen. Hierzu umgibt das ringförmige Heizelement 270 die Öffnung 230 und ist mit einer geeigneten Elektrodenschicht 280 verbunden, die dem Heizelement 270 elektrische Energie zuführt, so dass die Temperatur des Heizelements 270 steigt. Außerdem bildet das ringförmige Heizelement 270 eine im Allgemeinen kreisförmige Lippe bzw. einen Öffnungsrand 285 um die Öffnung 230 herum aus. Das Heizelement 270 ist vorzugsweise ringförmig, kann aber auch aus einem oder mehreren neben der Öffnung 230 angeordneten bogenförmigen Segmenten bestehen, falls dies gewünscht ist. Die bogenförmigen Segmente des Heizelements 270 sind für die Richtungssteuerung des abgetrennten Tintentropfens von Vorteil. Das Heizelement 270 kann aus dotiertem Polysilicium bestehen, wobei diese Angabe nur als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen ist. Ferner kann das Heizelement 270 für eine Dauer von etwa 20 μs aktiviert werden, wobei auch diese Angabe nur als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen ist. Die Zwischenschicht 260 sorgt dabei für die thermische und elektrische Isolierung zwischen dem Heizelement 270 und der Elektrodenschicht 280 einerseits und für die elektrische Isolierung zwischen dem Heizelement 270 und dem Substrat 195 andererseits. Ferner ist zum Schutz des Substrats 195, des Heizelements 270, der Zwischenschicht 260 und der Elektrodenschicht 280 gegen Beschädigung durch Korrosion und Verschmutzung eine äußere Schutzschicht 290 vorgesehen. Die Schutzschicht 290 kann zum Beispiel wegen ihrer korrosionsschützenden und schmutzabweisenden Eigenschaften aus Polytetrafluorethylen bestehen, wobei auch diese Angabe nur als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen ist. Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist der Druckkopf 150 relativ einfach und kostengünstig herzustellen und auch leicht in einen CMOS-Prozess zu integrieren.
Zurückkommend auf 1 werden die Kolbenanordnung 250 und das Heizelement 270 durch die zuvor erwähnte Treiberschaltung 90 der Kolbenanordnung bzw. die Heizelement-Steuerschaltung 100 gesteuert. Die Steuerschaltung 90 der Kolbenanordnung und die Heizelement-Steuerschaltung 100 ihrerseits werden durch die Hauptsteuerschaltung 80 gesteuert. Die Hauptsteuerschaltung 80 steuert die Treiberschaltung 90 der Kolbenanordnung so, dass die Kolben 250 mit einer vorgegebenen Frequenz schwingen. Darüber hinaus liest die Hauptsteuerschaltung 80 Daten aus dem Bildspeicher 70 aus und legt zeitlich variierende elektrische Impulse an vorgegebene Heizelemente 270 an, um selektiv Tropfen 200 auszulösen, die dann Tintenpunkte an vorgegebenen Positionen des Empfangsmediums 30 drucken. Auf diese Weise erzeugt der Druckkopf 150 ein Bild 20 entsprechend den vorübergehend im Bildspeicher 70 gespeicherten Daten.
Gemäß 3, 4, 5 und 7 ragt der Meniskus 240 maximal um einen Betrag "L" aus der Öffnung 230 heraus, bevor die Umkehr der Bewegung des Wandlers 250 den Meniskus 240 veranlasst sich zurückzuziehen, sofern kein Wärmeimpuls angelegt wird. In 4 und 5 ist besonders der Fall dargestellt, in dem ein Wärmeimpuls über das Heizelement 270 an den sich nach außen ausdehnenden Meniskus 240 angelegt wird. Der Zeitpunkt des Anlegens des Wärmeimpulses wird durch die Heizelement-Steuerschaltung 100 gesteuert. Das Anlegen der Wärme durch das Heizelement 270 bewirkt einen Temperaturanstieg im Einschnürungsbereich 320 der Tinte.
Dabei liegt die Temperatur des Einschnürungsbereichs 230 vorzugsweise über 100° C, jedoch unterhalb einer Temperatur, bei der die Tinte eine Dampfblase ausbilden würde. Durch die verringerte Oberflächenspannung wird die Einschnürung des sich ausdehnenden Meniskus 240 zunehmend instabiler, wie dies in 5 dargestellt ist. Die zunehmende Instabilität der Einschnürung bewirkt zusammen mit der Umkehrbewegung der Kolbenanordnung 250 die Abtrennung (d.h. das Ablösen) des Meniskus im Einschnürungsbereich 320. Nach dem Ablösen des Tropfens bildet sich dann ein neuer Meniskus 240, der sich in die Öffnung 230 zurückzieht. Der erzielte lineare Impuls des Tropfens 200 reicht bei Tropfengeschwindigkeiten von 7 m/sek. aus, den Tropfen zum Drucken auf das Empfangsmedium 30 zu tragen. Der zurückbleibende neu gebildete Tintenmeniskus 240 wird mit der Rückzugsbewegung des Kolbens 250 in dessen Ausgangposition 255a in die Düse 190 zurückgezogen. Der neu gebildete Meniskus 240 kann sich dann während des nächsten Zyklus der Antriebsquelle 251 und der vertikalen Abwärtsbewegung der Kolbenanordnung 250 ausdehnen. Die gesamte Dauer des Ausstoßzyklus kann etwa 144 μs betragen, wobei diese Angabe nur als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen ist. So werden die Bewegung der Kolbenanordnung und das zeitliche Anlegen der Wärmeimpulse elektrisch durch die Treiberschaltung 90 der Kolbenanordnung bzw. die Heizelement-Steuerschaltung 100 gesteuert. Aus der vorstehenden Beschreibung ist somit ersichtlich, dass das System 10 einen thermomechanisch betätigten Druckkopf 150 aufweist, weil zur Ausbildung des Tropfens 200 die Heizelemente 270 eine Wärmeenergie an den Meniskus 240 anlegen, während die Kolbenanordnung 250 eine mechanische Energie an den Meniskus 240 anlegt. Das Verfahren zum Zusammensetzen des erfindungsgemäßen Systems und Druckkopfs wird im Folgenden im einzelnen unter Bezugnahme auf 8a-8i beschrieben.
In 8a weist ein vorzugsweise aus einem Siliciumwafer bestehendes Substrat eine Opferschicht 325, vorzugsweise aus Siliciumoxid, und eine Düsenplattenschicht 330 auf, die vorzugsweise aus Nickel besteht und auf eine Unterseite des Substrats aufgebracht wird. Ferner sind eine obere Maske 335 auf einer Oberfläche des Substrats 195 und eine untere Maske 340 auf der Unterseite der Düsenplattenschicht 330 mittels eines herkömmlichen Lithografieverfahrens und auf dem Gebiet der Herstellung integrierter Schaltungen bekannter rückseitiger Justiertechniken ausgebildet. Die obere Maske 335 ist eine auf dem Gebiet der Halbleiterprozesstechnik gekannte kombinierte Maske, die erfindungsgemäß aus einer Maske 336 aus einem ersten Material, vorzugsweise Siliciumoxid, mit Öffnungen 336a, einer zweiten Maskenschicht 337 aus einem zweiten Material, vorzugsweise Siliciumnitrid, mit Öffnungen 337a und einer über den Masken 337 und 336 liegenden optisch strukturierten Photolackmaske 338 mit Öffnungen 338a besteht. Die Masken 336 und 337 werden vorzugsweise derart hergestellt, dass zunächst eine Schicht aus Siliciumnitrid aufgebracht wird, dann diese Schicht mittels herkömmlicher Photolithographieverfahren mittels eines Photolacks strukturiert wird, durch Ätzen Öffnungen 337a erzeugt werden, wobei der Photolack entfernt wird, anschließend eine Siliciumoxidschicht aufgebracht und durch Ätzen mit Öffnungen 338a versehen wird, wobei die Strukturierung in jedem Fall mittels herkömmlicher Lithographie- und selektiver Plasmaätzverfahren, vorzugsweise durch reagierende Ionenradierung, hergestellt werden, wie dies auf dem Gebiet der Halbleiterprozesstechnik bekannt ist. Die untere Maske 340 mit Öffnungen 340a besteht aus einem optisch strukturierten Photolack.
Gemäß 8a werden Trennrillen 345 mittels eines hochdichten reagierenden Ionenradierverfahrens anisotrop in das vorzugsweise aus Silicium bestehende Substrat 195 geätzt. Danach wird die Maske 338 zum Beispiel mittels Sauerstoffplasma (8c) entfernt.
In 8c-8i wird das anisotrope Siliciumätzen fortgeführt, und zwar vorzugsweise wiederum mittels des zuvor für die Ausbildung der Trennrillen 345 angewandten Ätzverfahrens, bis die Kolbenanschlussbereiche 350 ausgebildet sind. Dabei werden gleichzeitig die Kolbenabstandsbereiche 250a ausgebildet, die gleichzeitig als Erweiterungen der Trennrillen 345 geätzt werden. Die die Kolben ausbildenden Rillen 355 können sich bis zur Oberfläche der Opferschicht 325 erstrecken, obwohl dies in diesem Fertigungsstadium nicht erforderlich ist. Auf diese Weise werden die Kolben 250 mit den Kolbenschäften 360 und den Pfosten 365 ausgebildet, wobei die die Kolben definierenden Rillen 355 sich bis zur Oberfläche der Opferschicht 325 erstrecken.
Im nächsten Schritt wird die Maske 336 entfernt, wenn das Material der Maske 336 aus Siliciumoxid besteht, vorzugsweise durch Nassätzen. Das anisotrope Ätzen wird vorzugsweise mittels des für die Herstellung der Trennrillen 345 verwendeten Verfahrens fortgesetzt. Durch das weitere anisotrope Ätzen werden Bereiche 370 (8e) ausgebildet, die, wie bereits erwähnt, mit den Tintekolben-Verbindungsbereichen 350 in Kontakt stehen, die durch diesen Ätzvorgang tiefer werden, jedoch nicht so tief, dass sie mit der Opferschicht 325 und den Kolbenoberflächen 375 in Kontakt gelangen. Die Pfosten 365 werden dadurch kürzer und zu Stützpfosten 365a mit Oberflächen 365b ausgebildet. Dann wird die Platte 252 mit Eckbereichen 252a und Membranbereichen 253 – siehe 8f – an ausgewählte Oberflächen 365b der Bereiche 370 mittels einer flexiblen elastischen Dichtung 254 – siehe 8f – in Form eines Wulstes aus flexiblem Material, etwa Siliciumlatexgummi, angefügt, so dass die Platte 252 sich vertikal bewegen kann, ohne sich zu verformen. Wie in 8g zu erkennen ist, wird die Membran 253 vorzugsweise in der Weise mit den Kolbenoberflächen 375 verbunden, dass man die Unterseite der Membran unmittelbar vor Anfügen der Platte 252 mit einem Klebermaterial, etwa einem Epoxid, beschichtet. Jetzt werden durch anisotropes Ätzen der unteren Düsenplatte 330 Düsenöffnungen 380 in die Düsenplatte 330 eingebracht, was zum Beispiel von der Unterseite des Aufbaus her durch reagierende Ionenradierung erfolgen kann.
Abschließend wird gemäß 8h die Opferschicht 325 durch isotropes Nassätzen in den Hohlraumbereichen 356 unter den Kolben 250 entfernt, wodurch eine Kolbenunterseite 38c entsteht. Wie in 8h zu erkennen ist, wird bei diesem Ätzvorgang die Opferschicht 325 unter den Pfosten 365 im Wesentlichen nicht entfernt, da die Pfosten 365 einen Abstand zu den Öffnungen 380 aufweisen. Schließlich werden gemäß 8i die Heizelement-Ringe 270 um die Lochbereiche herum auf der Düsenplattenoberfläche hergestellt. Die Herstellung der Heizelement-Ringe ist auf dem Gebiet der mikroelektromechanischen Strukturen (MEMS) bekannt. Die Heizelement-Ringe 270 werden vorzugsweise in der Weise hergestellt, dass man zunächst eine Widerstandsschicht, vorzugsweise aus Polysilicium, aufbringt und aus dieser Schicht dann durch Strukturieren einen die Öffnungen 380 umgebenden Ring ausbildet. Alternativ können die Heizelement-Ringe auch vor dem Ätzen der Öffnungen 380 hergestellt werden.
Bei Betrieb der Kolbenanordnung als DOD-Tintenstrahldrucker werden der Kolbenschaftbereich 350, der Kolbenabstandsbereich 350a, der Hohlraumbereich 356, die Düsenöffnungen 80 und ein Teil des Tintenbereichs 370 mit Tinte 80, zum Beispiel einer einen Farbstoff enthaltenden Tinte auf Wasserbasis, gefüllt. Der Füllgrad wird so gewählt, dass die Tinte einen Teil der Kolbenschäfte 360 bedeckt, jedoch nicht mit der Unterseite der Membran 253 in Berührung kommt. Dadurch wird unterhalb der Membran 253 (2) ein Tintenmeniskus 256 ausgebildet. Durch Anwendung von Druck auf die Luft oberhalb des Meniskus 256 kann auf die Tinte Druck ausgeübt werden, so dass sich Tintentropfen auch ohne Bewegung der Kolben 250 aus den Düsenöffnungen 380 vorwölben, allerdings ist dies für die Arbeitsweise des Geräts nicht erforderlich.
Erfindungsgemäß wird die Kolbenanordnung vorzugsweise verwendet, um die Auswirkungen der durch die Bewegung der Membran 253 erzeugten Druckimpulse in den Hohlraumbereichen 365 nur auf die entsprechenden Kolben 250 zu begrenzen. Anders ausgedrückt, erzeugt die Bewegung der Membran 253 einen Druckimpuls in einem bestimmten Hohlraumbereich 356 im Wesentlichen nur aufgrund der Bewegung des jenem Hohlraum zugeordneten Kolbens 250 und nicht etwa auf Grund der Bewegung anderer, anderen Hohlräumen zugeordneter Kolben 250 bzw. der Bewegung der Membran 253 selbst. Dabei erzeugt bei der bevorzugten Arbeitsweise der Vorrichtung die Bewegung der Membran 253 nur örtliche Druckimpulse in einer Vielzahl von Hohlraumbereichen 356 und zum Beispiel keine Druckwellen, die sich mit erheblicher Energie durch die Tinte oder durch Bereiche des Substrats 195 ausbreiten. Dieses bevorzugte Verfahren stellt sicher, dass die Druckimpulse in der Nähe eines Hohlraumbereichs, die aus einer anderen Quelle als der Kolbenbewegung in jenem Hohlraumbereich stammen, den Ausstoß von Tropfen nicht wesentlichen verändern. Die Druckimpulse sind in allen Hohlräumen im Wesentlichen gleich, solange die Bewegung der einzelnen Kolben gleich ist. Dies ist erfindungsgemäß deshalb möglich, weil die Kolbenschäfte sich in vertikaler Richtung bewegen und dadurch ihre Bewegung nur schwach an die Tinte weitergeben. Bei der bevorzugten Arbeitsweise der Vorrichtung erzeugt die Bewegung der Membran 253 keine Druckimpulse in der Tinte durch direkte Berührung der Tinte, weil sich solche Impulse auf alle Hohlraumbereiche ausbreiten würden, wie dies auf dem Gebiet der akustischen Kopplung bekannt ist.
In 9 ist eine zweite Ausführungsform des Druckkopfs 150 dargestellt. Diese zweite Ausführungsform des Druckkopfs ist der ersten Ausführungsform im Wesentlichen gleich, außer dass die Antriebsquelle 251 aus einem metallischen Material besteht, das auf ein elektromagnetisches Feld 400 anspricht. Das elektromagnetische Feld 400 wird (wie dargestellt) jeweils durch einen ersten Elektromagneten 410a und einen zweiten, in einem Abstand zum ersten Elektromagneten 410a angeordneten Elektromagneten 410b erzeugt. Die Elektromagnete 410a/b werden aus den im Folgenden beschriebenen Gründen phasenverschoben aktiviert. Wird der zweite Elektromagnet 410b aktiviert, wird der erste Elektromagnet 410a nicht aktiviert. Auf diese Weise veranlasst das vom zweiten Elektromagneten 410b ausgehende elektromagnetische Feld 400 den Kolben 250, sich in der Kammer 210 abwärts zu bewegen, so dass sich der Meniskus 240 aus der Öffnung 230 heraus ausdehnt. Desgleichen wird bei Aktivierung des ersten Elektromagneten 410a der zweite Elektromagnet 410b nicht aktiviert. Auf diese Weise veranlasst das vom ersten Elekt romagneten 410a ausgehende elektromagnetische Feld 400 den Kolben 250, sich in der Kammer 210 aufwärts zu bewegen und den Meniskus 240 in die Öffnung 230 hinein zurückzuziehen.
10 zeigt eine dritte Ausführungsform des Druckkopfs 150, die der ersten Ausführungsform des Druckkopfs im Wesentlichen gleich ist, außer dass die Antriebsquelle 251 aus einem auf ein elektrisches Feld ansprechenden piezoelektrischen Material besteht, so dass sich die Antriebsquelle 251 bei Anlegen des elektrischen Feldes biegt. Wird die Antriebsquelle 251 dem elektrischen Feld ausgesetzt, biegt sich der Kolben 250 in der Kammer abwärts. Bei Abschaltung des elektrischen Feldes bewegt sich umgekehrt der Kolben 250 in der Kammer aufwärts, wobei er wie vorstehend erwähnt durch die Dichtung 254 unterstützt wird.
Aus den vorstehenden Darlegungen ist ersichtlich, dass ein wichtiger Aspekt der Erfindung darin besteht, eine neuartige und nicht nahe liegende Technik anzugeben, durch die die Energie für die Auswahl der auszustoßenden Tintentropfen wesentlich verringert wird. Dies wird erreicht durch die Trennung der Mittel zur Tropfenauswahl von den Mitteln zum Abtrennen der ausgewählten Tropfen vom Tintenvolumen. Nur der Tropfen-Trennmechanismus muss durch einzelne, den jeweiligen Düsen zugeführte Signale betätigt werden. Außerdem kann der Tropfenauswahlmechanismus gleichzeitig auf alle Düsen wirken.
Aus den Lehren dieser Beschreibung ergibt sich, dass ein Vorteil der Erfindung darin besteht, dass auf die Kammer 210 und das Tintenvolumen 220 kein wesentlicher statischer Staudruck wirkt. Der statische Staudruck könnte sonst ein unbeabsichtigtes Austreten von Tinte aus der Düse 230 bewirken. Das bilderzeugende System 10 weist somit eine verbesserte Zuverlässigkeit auf, indem es unbeabsichtigtes Austreten von Tinte vermeidet.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Erfindung weniger Wärmeenergie benötigt als bekannte Thermo-Bubblejet-Druckköpfe. Denn das Heizelement 270 dient nur der Reduzierung der Oberflächenspannung eines kleinen Bereichs (d.h. des Einschnürungsbereichs 320) des Meniskus 240 und benötigt keine latente Verdampfungswärme zur Ausbildung einer Dampfblase. Dies ist bei sehr dicht gepackten Düsen wichtig, damit sich das Substrat nicht aufheizt. Das bilderzeugende System 10 benötigt daher weniger Energie je Düse als bekannte Vorrichtungen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Heizelemente 270 eine längere Lebensdauer aufweisen, weil durch die geringeren Ströme Kavitationsschäden aufgrund des Zusammenbruchs von Dampfblasen und Kogationsschäden durch verbrannte Tinte, die sich auf den Heizelementeoberflächen ablagert, vermieden werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Bildauflösung im Vergleich zu bekannten Geräten erhöht wird. Dies ist deshalb möglich, weil der Wandler 250 die Tropfen 200 nicht selbst ausstößt, sondern der Kolben 250 nur den Meniskus 240 in Schwingungen versetzt, so dass der Meniskus 240 unter Druck gesetzt wird und sich in die zum Ausstoßen bereite Position 245a bewegt. Erst durch die Absenkung der Oberflächenspannung mittels des Heizelements 270 wird schließlich der Tropfen 200 ausgestoßen. Dadurch, dass der Kolben 250 den Tropfen 200 nicht ausstößt, sondern nur den Meniskus 240 in Schwingungen versetzt, wird das so genannte "Übersprechen" zwischen den Kammern 210 während des Tropfenausstoßes verhindert, weil die Wärme, die an den Meniskus an einer zur Betätigung ausgewählten Düse angelegt wird, den Meniskus an der daneben liegenden Düse nicht beeinflusst. Anders ausgedrückt, findet zwischen benachbarten Düsen keine wesentliche Wärmeübertragung statt. Dadurch, dass das "Übersprechen" zwischen den Kammern 210 ausgeschlossen wird, können mehr Kammern 210 je Volumeneinheit des Druckkopfs 150 vorgesehen werden. Mehr Kammern 210 je Volumeneinheit des Druckkopfs 150 führen zu dichter gepackten Kammern 210 im Druckkopf 150, und dies wiederum ermöglicht eine höhere Bildauflösung.
Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Geschwindigkeit des Tropfens 200 von etwa 7 m/sek. so hoch ist, dass anders als bei bekannten Drucksystemen mit geringem Energieverbrauch keine zusätzlichen Mittel benötigt werden, um die Tropfen auf das Empfangsmedium 30 zu bewegen.
Die Erfindung wurde vorstehend unter besonderer Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen der Erfindung im einzelnen beschrieben, es versteht sich jedoch, dass Änderungen und Abwandlungen möglich sind. Zum Beispiel braucht sich das Tintenvolumen 220 bei Raumtemperatur nicht im flüssigen Zustand zu befinden, d.h. es können bei Bedarf auch "heißschmelzende" Tinten verwendet werden, in welchem Fall der Druckkopf 150 und der Behälter 130 über den Schmelzpunkt dieser festen "heißschmelzenden" Tinte erwärmt werden. Als weiteres Bei spiel kann das System 10 mit einem Wandler und einem Heizelement in Kombination mit einem auf Wunsch im selben Gerät untergebrachten Einspritzmechanismus für ein chemisches Mittel zur Reduzierung der Oberflächenspannung arbeiten. Dieses chemische Mittel unterstützt dann die Reduzierung der Oberflächenspannung zum Zweck der Tropfenablösung.
Die Erfindung stellt somit ein bilderzeugendes System und ein Verfahren zum Ausbilden eines Bildes auf einem Empfangsmedium bereit, wobei das System einen Druckkopf mit einer Vielzahl in Mikroprozessen hergestellter Tintenkanalkolben aufweist, und gibt ein Verfahren zum Zusammensetzen des Systems und des Druckkopfs an.

Claims

Bilderzeugendes System mit: a) einem Kolben (250), der vorübergehend einen Tintenbehälter (220) zusammenzudrücken vermag derart, dass sich aus dem Tintenbehälter ein Tintenmeniskus erstreckt, der eine vorgegebene Oberflächenspannung aufweist; und b) einer Tintentropfen-Trenneinrichtung (270), die dem Kolben zugeordnet ist zum Reduzieren der Oberflächenspannung des Meniskus, während dieser sich aus dem Tintenbehälter erstreckt, wodurch die Tropfen-Trenneinrichtung den Meniskus vom Tintenbehälter löst, um einen Tintentropfen zu bilden, während die Oberflächenspannung abnimmt.
System nach Anspruch 1, mit einer Antriebsquelle (251), die mit dem Kolben verbunden ist, um ihn zu bewegen.
System nach Anspruch 2, worin die Antriebsquelle umfasst: a) ein Element (252), das aus einem Material besteht, das auf ein elektromagnetisches Feld (400) anspricht; und b) einen Elektromagneten (410a, 410b), der in der Nähe des Elements angeordnet ist, um das elektromagnetische Feld an das Element anzulegen.
System nach Anspruch 2, worin die Antriebsquelle umfasst: a) ein piezoelektrisches Element (251), das auf ein angelegtes elektrisches Feld anspricht; und b) eine Quelle für ein elektrisches Feld, wobei die Quelle in der Nähe des piezoelektrischen Elements angeordnet ist, um das elektrische Feld an das piezoelektrische Element anzulegen.
System nach Anspruch 1, worin die Tropfen-Trenneinrichtung ein Heizelement (270) zum Aufheizen eines verengten Bereichs des Meniskus aufweist.
System nach Anspruch 5, mit einer ersten Steuerschaltung (100), die mit dem Heizelement verbunden ist zum Steuern des Heizelements derart, dass es den verengten Bereich in kontrollierter Weise zu einem vorbestimmten Zeitpunkt aufheizt.
System nach Anspruch 1, mit einer zweiten Steuerschaltung (90), die mit dem Kolben verbunden ist zum Steuern des Kolbens derart, dass dieser den Tintenbehälter in kontrollierter Weise zusammendrückt.
Bilderzeugendes Tintenstrahlsystem mit: a) einer Düse (190), die eine Kammer (210) zum Aufnehmen eines Tintenbehälters umfasst, wobei die Düse eine Düsenöffnung (230) aufweist, die in Verbindung mit der Kammer steht und einen mit dem Tintenbehälter verbundenen Tintenmeniskus mit vorgegebener Oberflächenspannung umfasst; b) einem in Schwingung versetzbaren Kolben (250), der mittels Flüssigkeit mit dem Tintenbehälter in Verbindung steht, um ihn abwechselnd zusammenzudrücken oder den Druck aufzuheben derart, dass der Tintenbehälter schwingt, wenn er abwechselnd zusammengedrückt oder der Druck aufgehoben wird, so dass sich der Meniskus ausdehnt und zurückzieht, wenn der Tintenbehälter zusammengedrückt bzw. der Druck aufgehoben wird; und c) einer Tropfen-Trenneinrichtung, die dem Kolben zugeordnet ist und die Oberflächenspannung des Meniskus reduziert, während sich der Meniskus aus der Düsenöffnung erstreckt, wodurch die Trenneinrichtung die Oberflächenspannung des Meniskus mindert, während dieser sich aus der Düsenöffnung erstreckt, und wodurch der Meniskus sich von der ausgewählten Öffnung ablöst, wenn die Oberflächenspannung bis auf einen vorgegebenen Wert reduziert ist.
System nach Anspruch 8, mit einer Betätigungseinrichtung (251), die mit dem Kolben verbunden ist, um ihn derart zu betätigen, dass er schwingt.
System nach Anspruch 9, worin die Betätigungseinrichtung umfasst: a) ein Plattenelement (252), das aus einem Material besteht, das auf ein elektrisches Feld anspricht; und b) einen Elektromagneten, der in der Nähe des Elements angeordnet ist, um das elektromagnetische Feld an das Element anzulegen.
System nach Anspruch 9, worin die Betätigungseinrichtung umfasst: a) ein piezoelektrisches Element, das auf ein angelegtes elektrisches Feld anspricht; und b) eine Quelle für ein elektrisches Feld, wobei die Quelle in der Nähe des piezoelektrischen Elements angeordnet ist, um das elektrische Feld an das piezoelektrische Element anzulegen.
System nach Anspruch 8, worin die Tropfen-Trenneinrichtung ein Heizelement zum Aufheizen eines verengten Bereichs des Meniskus aufweist.
System nach Anspruch 12, mit einer Steuerschaltung für das Heizelement, die mit dem Heizelement verbunden ist zum Steuern des Heizelements derart, dass es den verengten Bereich in kontrollierter Weise derart aufheizt, dass eine Loslösung des Meniskus vom Tintenbehälter erfolgt.
System nach Anspruch 12, worin das Heizelement die Düse umgibt.
System nach Anspruch 8, mit einer Antriebssteuerschaltung, die mit dem Kolben verbunden ist zum Steuern des Kolbens derart, dass dieser in kontrollierter Weise schwingt, um den Tintenbehälter abwechselnd zusammenzudrücken bzw. den Druck aufzuheben.
Drop-on-demand Druckkopf mit: a) einer Vielzahl Tropfen ausstoßender Düsen zum Aufnehmen eines einer jeden Düse zugeordneten Tintenbehälters; b) einem Kolben, der Tinte im Tintenbehälter einem über dem Umgebungsdruck liegenden pulsierenden Druck auszusetzen vermag, um intermittierend einen ausgedehnten Meniskus auszubilden; und c) einer Tropfen-Trenneinrichtung, die auf den Meniskus vorgegebener Düsen einwirkt, wenn der Meniskus sich ausdehnt, um zu bewirken, dass Tinte sich aus den ausgewählten Düsen in Form von Tropfen aus dem Tintenbehälter löst, während Tinte in den nicht ausgewählten Düsen zurückgehalten wird.
Verfahren zum Zusammensetzen eines bilderzeugenden Systems, mit den Schritten: a) Bereitstellens eines Kolbens, der vorübergehend einen Tintenbehälter zusammenzudrücken vermag derart, dass sich aus dem Tintenbehälter ein Tintenmeniskus erstreckt, der eine vorgegebene Oberflächenspannung aufweist; und b) Bereitstellen einer Tintentropfen-Trenneinrichtung, die dem Kolben zugeordnet ist zum Reduzieren der Oberflächenspannung des Meniskus, während dieser sich aus dem Tintenbehälter erstreckt, wodurch die Tropfen-Trenneinrichtung den Meniskus vom Tintenbehälter löst, um einen Tintentropfen zu bilden, während die Oberflächenspannung abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 17, mit dem Schritt des Anschließens einer Antriebsquelle an den Kolben zum Bewegen des Kolbens.
Verfahren nach Anspruch 18, worin der Schritt des Anschließens einer Antriebsquelle die Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines Elements, das aus einem Material besteht, das auf ein elektromagnetisches Feld anspricht; und b) Anordnen eines Elektromagneten in der Nähe des Elements, um das elektromagnetische Feld an das Element anzulegen.
Verfahren nach Anspruch 18, worin der Schritt des Anschließens der Antriebsquelle die Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines piezoelektrischen Elements, das auf ein angelegtes elektrisches Feld anspricht; und b) Anordnen einer Quelle für ein elektrisches Feld in der Nähe des piezoelektrischen Elements, um das elektrische Feld an das piezoelektrische Element anzulegen.
Verfahren nach Anspruch 17, worin der Schritt des Bereitstellens einer Tropfen-Trenneinrichtung den Schritt des Bereitstellens eines Heizelements zum Aufheizen eines verengten Bereichs des Meniskus aufweist.
Verfahren nach Anspruch 21, mit dem Schritt des Anschließens einer ersten Steuerschaltung an das Heizelement zum Steuern des Heizelements derart, dass es den verengten Bereich in kontrollierter Weise zu einem vorbestimmten Zeitpunkt aufheizt.
Verfahren nach Anspruch 17, mit dem Schritt des Anschließens einer zweiten Steuerschaltung an den Kolben zum Steuern des Kolbens derart, dass dieser den Tintenbehälter in kontrollierter Weise zusammendrückt.
Verfahren zum Zusammensetzen eines bilderzeugenden Tintenstrahlsystems, mit den Schritten: a) Bereitstellen einer Düse, die eine Kammer zum Aufnehmen eines Tintenbehälters umfasst, wobei die Düse eine Düsenöffnung aufweist, die in Verbindung mit der Kammer steht und einen mit dem Tintenbehälter verbundenen Tintenmeniskus mit vorgegebener Oberflächenspannung umfasst; b) Bereitstellen eines in Schwingung versetzbaren Kolbens, der mittels Flüssigkeit mit dem Tintenbehälter in Verbindung steht, um ihn abwechselnd zusammenzudrücken oder den Druck aufzuheben derart, dass der Tintenbehälter schwingt, wenn er abwechselnd zusammengedrückt oder der Druck aufgehoben wird, so dass sich der Meniskus ausdehnt und zurückzieht, wenn der Tintenbehälter zusammengedrückt bzw. der Druck aufgehoben wird; und c) Bereitstellen einer Tropfen-Trenneinrichtung, die dem Kolben zugeordnet ist und die Oberflächenspannung des Meniskus reduziert, während sich der Meniskus aus der Düsenöffnung erstreckt, wodurch die Trenneinrichtung die Oberflächenspannung des Meniskus mindert, während dieser sich aus der Düsenöffnung erstreckt und wodurch der Meniskus sich von der ausgewählten Öffnung löst, wenn die Oberflächenspannung bis auf einen vorgegebenen Wert reduziert ist.
Verfahren nach Anspruch 24, mit dem Schritt des Anschließens einer Betätigungseinrichtung an den Kolben, um ihn derart zu betätigen, dass er schwingt.
Verfahren nach Anspruch 25, worin der Schritt des Anschließens einer Betätigungseinrichtung die Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines Plattenelements, das aus einem Material besteht, das auf ein elektrisches Feld anspricht; und b) Anordnen eines Elektromagneten in der Nähe des Elements, um das elektromagnetische Feld an das Element anzulegen.
Verfahren nach Anspruch 25, worin der Schritt des Anschließens einer Betätigungseinrichtung die Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines piezoelektrischen Elements, das auf ein angelegtes elektrisches Feld anspricht; und b) Anordnen einer Quelle für ein elektrisches Feld in der Nähe des piezoelektrischen Elements, um das elektrische Feld an das piezoelektrische Element anzulegen.
Verfahren nach Anspruch 24, worin der Schritt des Bereitstellens einer Tropfen-Trenneinrichtung den Schritt des Bereitstellens eines Heizelements zum Aufheizen eines verengten Bereichs des Meniskus aufweist.
Verfahren nach Anspruch 28, mit dem Schritt des Anschließens einer Steuerschaltung an das Heizelement zum Steuern des Heizelements derart, dass es den verengten Bereich in kontrollierter Weise derart aufheizt, dass eine Loslösung des Meniskus vom Tintenbehälter erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 28, worin der Schritt des Bereitstellens eines Heizelements den Schritt des Bereitstellens eines die Düse umgebenden Heizelements umfasst.
Verfahren nach Anspruch 24, mit dem Schritt des Anschließens einer Antriebssteuerschaltung an den Kolben zum Steuern des Kolbens derart, dass er in kontrollierter Weise schwingt, um den Tintenbehälter abwechselnd zusammenzudrücken bzw. den Druck aufzuheben.
Verfahren zum Zusammensetzen eines Drop-on-demand Druckkopfs, mit den Schritten: a) Bereitstellen einer Vielzahl Tropfen ausstoßender Düsen zum Aufnehmen eines einer jeden Düse zugeordneten Tintenbehälters; b) Bereitstellen eines Kolbens, der Tinte im Tintenbehälter einem über dem Umgebungsdruck liegenden pulsierenden Druck auszusetzen vermag, um intermittierend einen ausgedehnten Meniskus auszubilden; und c) Bereitstellen einer Tropfen-Trenneinrichtung, die auf den Meniskus vorgegebener Düsen einwirkt, wenn der Meniskus sich ausdehnt, um zu bewirken, dass Tinte sich aus den ausgewählten Düsen in Form von Tropfen aus dem Tintenbehälter löst, während Tinte in den nicht ausgewählten Düsen zurückgehalten wird.